長期以來，金剛石在基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域具有重要意義。它們*的機(jī)械性能、高導(dǎo)熱性、寬帶隙、光學(xué)性能、生物相容性和量子應(yīng)用潛力使其異常出色。

納米金剛石獨(dú)特的特性使其在未來電子、光學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等各個行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步中具有巨大潛力，引起了人們的極大興趣。然而其穩(wěn)定性仍然是一個重要挑戰(zhàn)。從熱力學(xué)上講，與石墨相比，金剛石的穩(wěn)定性較低，它的剝離僅受到顯著的動力學(xué)壁壘限制。然而，納米尺度的金剛石表面效應(yīng)可能會降低這一壁壘，導(dǎo)致整個金剛石結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定。值得注意的是，即使是穩(wěn)定的納米金剛石結(jié)構(gòu)也會經(jīng)受相當(dāng)大的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，在合成過程中需要嚴(yán)格的條件。

使用多層石墨烯作為輻照靶開辟了獲得特定、超薄金剛石薄膜的新可能性。高表面比率使得在整個薄膜厚度上局部實(shí)現(xiàn)石墨烯鉆化成為可能，為有效調(diào)控其電子性能提供了機(jī)會。例如，電子輻照可以在大石墨烯層之間局部形成鍵合，為輻照區(qū)域的載流子創(chuàng)建一個障礙。另一方面，位于SiO2基底上的多層石墨烯的快速重離子輻照可形成孔隙或局部的結(jié)構(gòu)阻尼，也影響了薄膜的導(dǎo)電性。

在輻照過程中，石墨烯結(jié)構(gòu)內(nèi)形成單晶二維納米金剛石（二維金剛石）是一個引人注目的問題。用MeV能量的快速重離子輻照石墨烯顯示出形成金剛石的希望，這是因?yàn)闇囟燃眲≡黾樱ǜ哌_(dá)~7000 K）和沖擊波的出現(xiàn)。這種方法可以實(shí)現(xiàn)表面不受石墨化影響的二維金剛石薄膜的形成，如具有(100)表面的薄膜。

鑒于此，俄羅斯研究型大學(xué)莫斯科鋼鐵與合金學(xué)院、俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院半導(dǎo)體物理研究所和杜布納聯(lián)合核子研究所的科研人員采用高能重離子轟擊多層石墨烯，獲得了穩(wěn)定的嵌有金剛石納米結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜復(fù)合材料。新材料重量輕，兼具石墨烯良好的導(dǎo)電特性和金剛石的硬度優(yōu)勢，在航空航天和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

研究人員*探索了通過快速重離子輻照多層石墨烯形成納米金剛石的可能性，證明了Xe26+在26到167 MeV范圍內(nèi)的撞擊能量可以在石墨烯中形成小型納米金剛石和擴(kuò)展的二維金剛石團(tuán)簇，其橫向尺寸范圍從5到20 nm。相關(guān)研究成果以“2D diamond structures in multilayer graphene: Simulation and experimental observation”為題發(fā)表于《Carbon》。

研究人員揭示了用快重離子照射石墨烯產(chǎn)生二維金剛石的顯著潛力。石墨烯薄膜中觀察到的納米結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出規(guī)則的金剛石結(jié)構(gòu)，具體變化取決于離子劑量和能量。通過調(diào)整這些參數(shù)，成功地獲得了與理論預(yù)測相符的不同大小的團(tuán)簇。值得注意的是，該發(fā)現(xiàn)證實(shí)了只有通過這種方法才能獲得具有（110）和（100）表面的金剛石薄膜，而具有其他表面的薄膜由于表面效應(yīng)傾向于發(fā)生石墨化。

此外，研究人員預(yù)測了石墨烯薄膜的厚度在確定產(chǎn)生的金剛石結(jié)構(gòu)方面起著關(guān)鍵作用。揭示了少于六層的石墨烯薄膜僅產(chǎn)生具有（110）表面的金剛石團(tuán)簇，而四層（更�。┍∧�無法維持金剛石結(jié)構(gòu)。研究人員對獲得復(fù)合材料（石墨烯/金剛石）的機(jī)械剛度的估計表明，如果通過單軸拉伸薄膜來計算彈性常數(shù)，它比原始石墨烯更脆但至少同樣堅(jiān)硬。事實(shí)上，當(dāng)團(tuán)簇受到壓痕時，它甚至可以顯著超過金剛石團(tuán)簇區(qū)域原始石墨烯薄膜的剛度。

在石墨烯中制造金剛石結(jié)構(gòu)的能力為定制超薄金剛石薄膜的性能打開了可能性的領(lǐng)域。這些薄膜在從電子學(xué)和光學(xué)到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的多個領(lǐng)域都具有巨大潛力。金剛石結(jié)構(gòu)的固有穩(wěn)定性和非凡性能使它們成為未來技術(shù)突破的有希望的競爭者。這種超強(qiáng)、柔韌、導(dǎo)電的元素二維碳復(fù)合材料可以被認(rèn)為是太空飛機(jī)、汽車和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備行業(yè)的有希望的材料。在這一領(lǐng)域的進(jìn)一步探索可能為開發(fā)性能和功能增強(qiáng)的新材料和器件鋪平道路。

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